JP2007180209A - 測定方法及び装置、露光装置、並びに、デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化及び高コスト化を招くことなく、簡易な干渉計を用いて、高精度に被検光学系の光学特性（波面収差）を測定することができる測定方法及び装置を提供する。
【解決手段】被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットからの光の干渉縞を用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する方法であって、前記干渉縞から前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットの長手方向に垂直な方向の相対関係が等しい前記被検光学系の一次波面を取得するステップと、前記取得ステップで取得した前記被検光学系の一次波面に基づいて、前記被検光学系の波面収差を算出するステップとを有し、前記取得ステップは、測定方向の異なる３つ以上の前記被検光学系の一次波面を取得することを特徴とする方法を提供する。
【選択図】図６

Description

本発明は、一般には、測定方法及び装置に係り、特に、レチクル（マスク）上のパターンを被処理体に投影する投影光学系の波面収差を測定する測定方法及び装置に関する。

フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて、ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイス、液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等の微細な半導体デバイスを製造する際、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（マスク）に形成されたパターンを、投影光学系を介して、ウェハ等の被処理体に転写する。かかる露光装置は、レチクル上のパターンを、所定の倍率で正確に被処理体に転写することが要求されるため、結像性能のよい、収差を抑えた投影光学系を用いることが重要である。特に近年では、半導体デバイスの一層の微細化が進んでいるため、転写されるパターンが光学系の収差に対して敏感になってきている。従って、露光装置に投影光学系を組み込んだ状態で、投影光学系の光学性能（例えば、波面収差）を高精度に測定する需要が存在する。なお、生産性や経済性を高めるためには、測定の簡素化、迅速化及びコスト削減なども重要である。

従来は、マスクパターンをウェハに実際に焼き付け、そのレジスト像を走査型顕微鏡（ＳＥＭ）などの手段を用いて観察することによって投影光学系の波面収差を測定していた。このような従来の測定方法は、ＳＥＭの操作の困難性、レジスト塗布及び現像に基づく誤差のために測定の再現性が悪いという問題がある。

投影光学系の波面収差を迅速、且つ、高精度に測定するためには、マスクパターンをレジストに焼き付けて評価する従来の測定方法よりも、干渉方式を用いることが望ましい。但し、フィゾー干渉計やトワイマン−グリーン干渉計等を用いた従来の干渉方式は、システム全体の構成が複雑であり、大型化及び高コスト化の問題を有するために、実際に露光装置に搭載することは困難であり、実用的ではない。

そこで、点回折干渉計（以下、「ＰＤＩ」と称する）や線回折干渉計（以下、「ＬＤＩ」と称する）等の比較的簡易な干渉計を搭載した露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２７３７４８号公報

ＬＤＩによる波面測定は、スリット長手方向に垂直な方向である測定方向の相対関係が正しい投影光学系の一次波面を２つの測定方向について求め、お互いの測定方向の位相情報を用いて最終波面を算出する。第１の一次波面測定時と第２の一次波面測定時において、像面側の測定パターンの露光装置に対する上下方向の位置（以下、「Ｚ位置」と称する。）が異なっていた場合、測定される波面の大きな誤差要因となる。具体的には、測定方向が互いに直交している２つの一次波面を用いるＬＤＩによる波面測定では、第１の測定方向に山（谷）を有し、第２の測定方向に谷（山）を有する２θ成分の誤差となる。このときの２θ成分の誤差量Ｅ_２θは、以下の数式１で表される。

ここで、ｄｚは第１の一次波面測定時と第２の一次波面計測時における像面側の測定パターンのＺ位置差、λは露光光源の波長、ＮＡは投影光学系の開口数である。例えば、λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝０．９の露光装置の場合、誤差量Ｅ_２θは、ｄｚ＝１ｎｍのとき、１．５ｍλとなる。露光装置のように、非常に高精度なステージが搭載された装置であっても、数ｎｍの制御は困難である。従って、ＬＤＩによる波面測定では、数ｍλ以上の測定誤差が発生すると考えられ、ＬＤＩによる波面測定の誤差要因となっている。

また、ＬＤＩによる波面測定では、スリットからの回折光の波面（スリット回折波面）を参照波面として使用する。従って、スリット幅、遮光部の厚み、長手方向の平行度、エッジ部分の粗さなどのスリットの製造誤差に起因するスリット回折波面のスリット間差も、ＬＤＩによる波面測定における誤差要因となる。

そこで、本発明は、装置の大型化及び高コスト化を招くことなく、簡易な干渉計を用いて、高精度に被検光学系の光学特性（波面収差）を測定することができる測定方法及び装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定方法は、前記被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットからの光の干渉縞を用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、前記干渉縞から前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットの長手方向に垂直な方向の相対関係が等しい前記被検光学系の一次波面を取得するステップと、前記取得ステップで取得した前記被検光学系の一次波面に基づいて、前記被検光学系の波面収差を算出するステップとを有し、前記取得ステップは、測定方向の異なる３つ以上の前記被検光学系の一次波面を取得することを特徴とする。

本発明の別の側面としての測定装置は、被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、前記被検光学系の物体面側に配置され、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを有する物体面側測定マークと、前記被検光学系の像面側に配置され、前記物体面側スリットと同一方向に形成され、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリットと、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットとを有する像面側測定マークと、前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットからの透過光又は反射光によって形成される干渉縞を検出する検出手段とを有し、前記物体面側スリット、前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットは、測定方向の異なる３つ以上の前記被検光学系の一次波面を検出できるように形成されることを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての測定装置は、被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、前記被検光学系の物体面側に配置され、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを有する物体面側測定マークと、前記被検光学系の像面側に配置され、前記物体面側スリットと同一方向に形成され、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリットと、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットとを有する像面側測定マークと、前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットからの透過光又は反射光によって形成される干渉縞を検出する検出手段とを有し、前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットは、第１の測定方向の前記被検光学系の一次波面を取得する第１のスリットと、前記第１の測定方向とは異なる第２の測定方向の前記被検光学系の一次波面を取得する第２のスリットとが一体的に構成されていることを特徴とすることを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの光を用いてレチクルに形成されたパターンを被処理体に露光する露光装置であって、前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系と、前記光を利用して前記投影光学系の波面収差を測定する測定装置とを有し、前記測定装置は、上述の測定装置であることを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光方法は、上述の測定方法を利用して投影光学系の波面収差を測定するステップと、前記測定ステップで測定された前記投影光学系の波面収差に基づいて、前記投影光学系を調整するステップと、前記調整ステップで調整された前記投影光学系を有する露光装置を使用して被処理体を露光するステップとを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、装置の大型化及び高コスト化を招くことなく、簡易な干渉計を用いて、高精度に被検光学系の光学特性（波面収差）を測定することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、図１を用いて、ＬＤＩによる波面測定の原理を説明する。なお、本実施形態では、被検光学系として、露光装置に用いられる投影光学系２０を例に説明する。

ＬＤＩによる波面測定では、投影光学系２０の物体面側に、２つの平行なスリット（スリット４２Ａ及びスリット４２Ｂ）を近接して配置した物体面側測定マーク４０を配置する。物体面側測定マーク４０のうち少なくとも１つのスリット、本実施形態では、スリット４２Ａの短手方向の幅（スリット幅）は、投影光学系２０の物体面側の解像力以下にする。なお、スリット４２Ａの幅ｄは、図２（ａ）に示すように、投影光学系２０の物体面側の開口数をｎａ、波長をλとしたとき、ｄ≦０．５×λ／ｎａを満足することが望ましい。ここで、図２（ａ）は、物体面側測定マーク４０を示す概略平面図である。

照明光学系１０からの光を用いてスリット４２Ａ及び４２Ｂを照明すると、スリット４２Ａから射出される光は、スリット４２Ａの短手方向に関して、無収差な波面となる。一方、スリット４２Ｂは、スリット４２Ａと同じスリット幅のスリットとしてもよいし、スリット４２Ａよりも広いスリット幅のスリットとしてもよい。スリット４２Ｂがスリット４２Ａよりも広いスリット幅である場合には、照明光学系１０の収差の影響を含んだ波面の光が、スリット４２Ｂから射出される。

なお、スリット４２Ａ及び４２Ｂの長手方向の幅は、投影光学系２０の収差が同一とみなせる、所謂、アイソプラナティック領域よりも狭くなるようにする。また、スリット４２Ａとスリット４２Ｂとの間隔もアイソプラナティック領域よりも狭くなるように近接して配置する。

スリット４２Ａ及び４２Ｂから射出された光は、投影光学系２０を通過することで、投影光学系の収差の影響を波面に受け、投影光学系２０の像面にスリット４２Ａ及び４２Ｂの像を形成する。

投影光学系２０の像面側には、具体的には、スリット４２Ａの像の位置にスリット５２Ｃを、スリット４２Ｂの像の位置にスリット５２Ｄを配置した像面側測定マーク５０が配置されている。なお、スリット５２Ｄの短手方向の幅（スリット幅）は、投影光学系２０の像面側の解像力以下にする。スリット５２Ｄの幅Ｄは、図２（ｂ）に示すように、投影光学系２０の像面側の開口数をＮＡ、波長をλとしたとき、Ｄ≦０．５×λ／ＮＡを満足することが望ましい。図２（ｂ）は、像面側測定マーク５０を示す概略平面図である。

スリット５２Ｄ上に結像した光は、投影光学系２０の収差の影響（及びスリット４２Ｂのスリット幅によっては照明光学系１０の収差の影響）を受けた波面の光となっている。但し、スリット５２Ｄを通過することによって、スリット５２Ｄの短手方向に関して、無収差な波面が射出される。

一方、スリット５２Ｃの短手方向の幅（スリット幅）は、投影光学系２０の回折限界よりも充分大きく、望ましくは、波長の１０乃至１００倍程度にする。スリット５２Ｃ上に結像した光の波面は、スリット５２Ｃの短手方向に関して、投影光学系２０の収差の影響のみを受けた波面となっている。また、スリット５２Ｃのスリット幅（窓部）は充分広いため、投影光学系２０の収差の影響のみを受けた波面の光がそのまま射出される。

スリット５２Ｃからの光とスリット５２Ｄからの光とは干渉し、干渉縞を形成する。かかる干渉縞をＣＣＤなどのエリア撮像素子（以下、「エリアセンサ」とする）３０で検出することによって、スリットの長手方向に垂直な方向(測定方向)の相対関係が正しい投影光学系２０の波面（第１の一次波面）を得ることができる。

また、図３に示すように、スリット４２Ａ、４２Ｂ、５２Ｃ及び５２Ｄに直交する方向にスリット４２Ａ’、４２Ｂ’、５２Ｃ’及び５２Ｄ’を有する物体面側測定マーク４０’及び５０’を用いて、同様に、第２の一次波面を得ることができる。図３（ａ）は、物体面側測定マーク４０のスリットに直交する方向にスリットを有する物体面側測定マーク４０’を示す概略平面図である。図３（ｂ）は、像面側測定マーク５０のスリットに直交する方向にスリットを有する像面側測定マーク５０’を示す概略平面図である。

２つの一次波面（第１の一次波面及び第２の一次波面）を用いて、互いの測定方向の位相情報から投影光学系２０の波面を求めることができる。

ここで、図４を用いて、２つの一次波面から被検光学系である投影光学系２０の波面情報を算出する方法を説明する。図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、それぞれ第１の一次波面、第２の一次波面、投影光学系２０の波面を示している。図４（ａ）は、Ｙ軸に平行な線上の位相の相対関係が図４（ｃ）における同一線上の位相の相対関係と等しく、図４（ｂ）は、Ｘ軸に平行な線上の位相の相対関係が図４（ｃ）における同一線上の位相の相対関係と等しくなっている。かかる相対関係から、図４（ｃ）に示す投影光学系２０の波面上の任意の点Ｇ（ｘ、ｙ）の位相は、図中矢印に沿った位相変化量Ｅ（０、ｙ）−Ｅ（０、０）及びＦ（ｘ、ｙ）−Ｆ（０、ｙ）として求められ、以下の数式２で表される。

このように、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す２つの一次波面から、図４（ｃ）に示す被検光学系である投影光学系２０の波面を得ることができる。しかしながら、このようにして得られた投影光学系２０の波面は、上述したように、Ｚ位置誤差及びスリットの製造誤差に起因する測定誤差を含んでいる。

そこで、本発明の測定方法及び装置は、測定した波面を平均化することによって、測定パターンのＺ位置誤差や像面側測定マークのスリットの製造誤差に起因する測定誤差の影響を低減する。

図５は、従来のように、２方向にスリット７０Ａ_１、７０Ａ_２、７０Ｂ_１及び７０Ｂ_２を配置した（即ち、測定方向が２方向である）像面側測定マーク７０を示す概略平面図である。換言すれば、像面側測定マーク７０は、図２（ｂ）に示すスリット５２Ｃ及び５２Ｄと、図３（ｂ）に示すスリット５２Ｃ’及び５２Ｄ’とを組み合わせた像面側測定マークである。

図５を参照して、ｎ個の一次波面によって算出される波面の数を説明する。
ｎ＝３のとき、スリット７０Ａ_１、７０Ａ_２及び７０Ｂ_１から得られる３つの一次波面Ｗ１（７０Ａ_１）、Ｗ１（７０Ａ_２）及びＷ１（７０Ｂ_１）があったとする。この場合、算出される波面はＷ（７０Ａ_１、７０Ｂ_１）及びＷ（７０Ａ_２、７０Ｂ_１）であり、波面の数Ｎ_ｄ２＝２である。同様に、ｎが奇数の場合、ｎ個の一次波面から算出される波面の数はＮ_ｄ２＝（（ｎ−１）／２）×（（ｎ＋１）／２）となり、以下の数式３で表される。

ｎ＝４のとき、スリット７０Ａ_１、７０Ａ_２、７０Ｂ_１及び７０Ｂ_２から得られる４つの一次波面Ｗ１（７０Ａ_１）、Ｗ１（７０Ａ_２）、Ｗ１（７０Ｂ_１）及びＷ１（７０Ｂ_２）があったとする。この場合、算出される波面はＷ（７０Ａ_１、７０Ｂ_１）、Ｗ（７０Ａ_１、７０Ｂ_２）、Ｗ（７０Ａ_２、７０Ｂ_１）及びＷ（７０Ａ_２、７０Ｂ_２）であり、波面の数Ｎ_ｄ２＝４である。同様に、ｎが偶数の場合、ｎ個の一次波面から算出される波面の数はＮ_ｄ２＝（ｎ／２）^２となり、以下の数式４で表される。

図６は、３方向にスリット８０Ａ、８０Ｂ及び８０Ｃを配置した（即ち、測定方向が３方向である）像面側測定マーク８０を示す概略平面図である。図６を参照して、測定方向がｎ方向であった場合のｎ個の一次波面から算出される波面の数を説明する。

ｎ＝３のとき、スリット８０Ａ、８０Ｂ及び８０Ｃから得られる３つの一次波面Ｗ（８０Ａ）、Ｗ（８０Ｂ）及びＷ（８０Ｃ）があったとする。この場合、算出される波面はＷ（８０Ａ、８０Ｂ）、Ｗ（８０Ａ、８０Ｃ）及びＷ（８０Ｂ、８０Ｃ）であり、波面の数Ｎ_ｄｎ＝３である。同様に、ｎ個の一次波面から算出される波面の数はＮ_ｄｎ＝（ｎ−１）＋（ｎ−２）＋・・・１となり、以下の数式５で表される。

従って、ｎ＞２のとき、Ｎ_ｄｎ＞Ｎ_ｄ２となり、測定方向が３方向以上であれば、測定方向が２方向である場合よりも、同一数の一次波面から算出される波面の数が多くなる。これにより、同じ測定回数で平均化数を多くすることができ、より効率的にＺ位置誤差やスリットの製造誤差による測定誤差を低減させることができる。

なお、ＬＤＩによる波面測定では、直交する２つの測定方向の一次波面を用いた測定が知られている。但し、測定方向が２つであれば、２つの測定方向は直交していなくてもよい。図７を参照して、測定方向が角度θだけ異なる２つの一次波面から被検光学系の波面情報を算出する方法を説明する。図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、それぞれ第１の一次波面、第２の一次波面、被検光学系の波面を示している。図７（ａ）は、Ｙ軸に平行な線上の位相の相対関係が図７（ｃ）における同一線上の位相の相対関係と等しく、図７（ｂ）は、Ｘ’軸に平行な線上の位相の相対関係が図７（ｃ）における同一線上の位相の相対関係と等しくなっている。かかる相対関係から、図７（ｃ）に示す被検光学系の波面上の任意の点Ｇ（ｘ、ｙ）の位相は、図中矢印に沿った位相変化量Ｅ（０、ｙｍ）−Ｅ（０、０）及びＦ（ｘ、ｙ）−Ｆ（０、ｙｍ）として求められ、以下の数式６で表される。

このように、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す２つの１次波面から、図７（ｃ）に示す被検光学系の波面を得ることができる。ここで、ｙｍはＹ軸と点（ｘ、ｙ）を通るＸ軸’に平行な直線の交点のＹ座標であり、以下の数式７で表される。

また、本実施形態では、３方向以上の測定方向の一次波面を得るために、スリット８０Ａ、８０Ｂ及び８０Ｃを３方向に配置した像面側測定マーク８０を用いた。但し、必ずしもスリットを３方向に配置する必要はなく、例えば、像面側測定マークを回転させることによって３方向以上の測定方向の一次波面を得てもよい。

以下、本発明の測定方法及び装置を適用した露光装置について説明する。図８は、本発明の一側面としての露光装置３００の構成を示す概略断面図である。露光装置３００は、照明装置３１０と、レチクルＲＴを載置するレチクルステージ３２０と、投影光学系３３０と、被処理体ＷＦを載置するウェハステージ３４０とを有する。更に、露光装置３００は、干渉計を構成するための、エリアセンサ３５０と、物体面側測定マーク４００と、像面側測定マーク５００とを有する。

露光装置３００は、ステップ・アンド・リピート方式又はステップ・アンド・スキャン方式でレチクルＲＴに形成された回路パターンを被処理体ＷＦに露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる）を例に説明する。「ステップ・アンド・スキャン方式」は、レチクルに対してウェハを連続的にスキャンしてマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次のショットの露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」は、ウェハのショットの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットを露光領域に移動する露光方法である。

照明装置３１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクルＲＴを照明し、図示しない光源部と、図示しない照明光学系とを有する。また、照明装置３１０は、後述する物体面側測定マーク４００を照明する。

光源部は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができ、そのレーザーの個数も限定されない。但し、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーを使用してもよい。また、光源部に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系は、レチクルＲＴを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、オプティカルインテグレーター、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系は、軸上光、軸外光を問わず使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。

レチクルＲＴは、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターンが形成され、レチクルステージ３２０に支持及び駆動される。レチクルＲＴから発せられた回折光は、投影光学系３３０を通り、被処理体ＷＦ上に投影される。レチクルＲＴと被処理体ＷＦとは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置３００は、スキャナーであるため、レチクルＲＴと被処理体ＷＦを縮小倍率比の速度比で走査することにより、レチクルＲＴのパターンを被処理体ＷＦ上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、レチクルＲＴと被処理体ＷＦを静止させた状態で露光が行われる。

レチクルステージ３２０は、図示しないレチクルチャックを介してレチクルＲＴ及び物体面側測定マーク４００を支持し、図示しない移動機構に接続されている。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、Ｘ軸方向にレチクルステージ３２０を駆動することでレチクルＲＴ及び物体面側測定マーク４００を移動することができる。

投影光学系３３０は、レチクルＲＴに形成されたパターンを経た回折光を被処理体ＷＦ上に結像する機能を有する。投影光学系３３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

被処理体ＷＦは、ウェハステージ３４０に支持及び駆動される。被処理体ＷＦは、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体ＷＦにはフォトレジストが塗布されている。

ウェハステージ３４０は、被処理体ＷＦ及び像面側測定マーク５００を支持する。ウェハステージ３４０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ウェハステージ３４０は、リニアモーターを利用してＸＹ方向に被処理体ＷＦを移動することができる。レチクルＲＴと被処理体ＷＦは、例えば、同期走査され、ウェハステージ３４０とレチクルステージ３２０の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ウェハステージ３４０は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられる。レチクルステージ３２０及び投影光学系３３０は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

ここで、投影光学系３３０の波面（波面収差）を測定する干渉計（測定装置）について説明する。かかる干渉計は、上述したように、エリアセンサ３５０と、物体面側測定マーク４００と、像面側測定マーク５００とから構成される。なお、物体側測定マーク４００を照明する光は、照明装置３１０から射出される露光光を利用する。

図９は、レチクルステージ３２０に配置された物体面側測定マーク４００を示す概略平面図である。図１０は、ウェハステージ３４０に配置された像面側測定マーク５００を示す概略平面図である。物体面側測定マーク４００及び像面側測定マーク５００は、３つ以上の測定方向、本実施形態では、４つの測定方向の一次波面を測定するための測定パターン群である。具体的には、露光装置３００の上下方向をＺ軸、奥行き方向をＹ軸、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸とした投影光学系３３０のＸＹ平面において、Ｘ軸となす角が０°、４５°、９０°及び１３５°の測定方向の一次波面を測定することができる。

物体面側測定マーク４００は、第１の測定用パターン４１０Ａと、第２の測定用パターン４１０Ｂと、第３の測定用パターン４１０Ｃと、第４の測定用パターン４１０Ｄとを有する。また、像面側測定マーク５００は、物体面側測定マーク４００に対応して、第１の測定用パターン５１０Ａと、第２の測定用パターン５１０Ｂと、第３の測定用パターン５１０Ｃと、第４の測定用パターン５１０Ｄとを有する。

第１の測定用パターン４１０Ａは、例えば、測定方向を０°とし、２つのスリット４１２Ａ及び４１４Ａを有する。スリット４１２Ａの短手方向の幅（スリット幅）ｄは、投影光学系３３０の物体面側の開口数をｎａ、照明装置３１０からの光（露光光）の波長をλとしたとき、ｄ＝０．５×λ／ｎａ程度である。また、スリット４１４Ａの短手方向の幅（スリット幅）は、スリット４１２Ａと同じ又はスリット４１２Ａよりも広いスリットである。

第１の測定用パターン４１０Ａの像は、投影光学系３３０を介して、像面側測定マーク５００の第１の測定用パターン５１０Ａ上に結像される。第１の測定パターン５１０Ａは、２つのスリット５１２Ａ及び５１４Ａを有する。スリット５１２Ａは、投影光学系３３０の回折限界よりも十分大きな短手方向の幅（スリット幅）を有する。また、スリット５１４Ａの短手方向の幅（スリット幅）Ｄは、投影光学系３３０の像面側の開口数をＮＡ、照明装置３１０からの光（露光光）の波長をλとしたとき、Ｄ＝０．５×λ／ＮＡ程度である。

第１の測定用パターン５１０Ａを透過した２光束は干渉し、干渉縞を形成する。かかる干渉縞は、ウェハステージに設置したエリアセンサ３５０で撮像される。これにより、投影光学系３３０の第１の一次波面を得ることができる。

続いて、レチクルステージ３２０を移動させる又は図示しない照明光学系の照明領域を変更し、物体面側測定マーク４００の第１の測定用パターン４１０Ａに直交する（即ち、測定方向を９０°とする）第２の計測用パターン４１０Ｂを照明する。これにより、第２の計測用パターン４１０Ｂの像が、投影光学系３３０を介して、像面側測定マーク５００の第２の測定用パターン５２０Ｂ上に結像され、第１の測定用パターン４１０Ａと同様に、投影光学系３３０の第２の一次波面を得ることができる。

このようにして得られた２つの一次波面（即ち、第１の一次波面及び第２の一次波面）から投影光学系３３０の第１の波面Ｗ（０°）を得る。

更に、第１の波面Ｗ（０°）と同様に、投影光学系３３０の第２の波面Ｗ（４５°）を得る。具体的には、測定方向が４５°である物体面側測定マーク４００の第３の測定用パターン４１０Ｃ及び像面側測定マーク５００の第３の測定用パターン５１０Ｃと、これに直交する方向である第４の測定用パターン４１０Ｄ及び５１０Ｄを用いる。なお、第４の測定用パターン４１０Ｄ及び５１０Ｄは、測定方向が１３５°であるともいえる。

投影光学系３３０の第２の波面Ｗ（４５°）を得るために、照明光学系の照明領域を変更して第１の測定用パターン４１０Ａから第４の測定用パターン４１０Ｄを照明する場合を考える。この場合、第１の測定用パターン４１０Ａから第４の測定用パターン４１０Ｄは、アイソプラナティック領域内に配置する。

また、測定用パターンが描画されている透明基板による球面収差の発生を避けるために、物体面側測定マーク４００及び像面側測定マーク５００は、透明基板のＰＯ側に描画されている。照明光学系の空間コヒーレンスが悪い場合は、物体面側測定マーク４００の上側にグレーティング３７０を配置し、任意次数の回折光で物体面側測定マーク４００の測定用パターン（開口部）を照明できるようにしてもよい。

投影光学系３３０の第１の波面Ｗ（０°）及び第２の波面Ｗ（４５°）から２θ成分を取り出し、投影光学系３３０の最終的な波面を求める。詳細には、ｓｉｎ２θ成分については第１の波面Ｗ（０°）の値を、それ以外の成分については第１の波面Ｗ（０°）と第２の波面Ｗ（４５°）との平均値を用いて、投影光学系３３０の最終的な波面とする。

上述したように、第１の測定用パターン４１０Ａ（５１０Ａ）と第２の測定用パターン４１０Ｂ（５１０Ｂ）との間のＺ位置差は、投影光学系３３０の第１の波面Ｗ（０°）のｃｏｓ２θ成分となる。また、第３の測定用パターン４１０Ｃ（５１０Ｃ）と第４の測定用パターン４１０Ｄ（５１０Ｄ）との間のＺ位置差は、投影光学系３３０の第２の波面Ｗ（４５°）のｓｉｎ２θ成分となる。これは、第１及び第２の測定用パターンの測定方向は、投影光学系３３０のＸ軸及びＹ軸に対して４５°傾いているためである。

ｃｏｓ２θ成分とｓｉｎ２θ成分とは直交関係にあるため、投影光学系３３０の第１の波面Ｗ（０°）の測定時のＺ位置誤差は、第１の波面Ｗ（０°）のｓｉｎ２θ成分には影響しない。同様に、投影光学系３３０の第２の波面Ｗ（４５°）の測定時のＺ位置誤差は、第２の波面Ｗ（４５°）のｃｏｓ２θ成分には影響しない。従って、測定用パターンのＺ位置誤差に影響されない投影光学系３３０の波面を得ることができる。

このように、露光装置３００は、簡易な干渉計（即ち、物体側測定マーク４００、像面側測定マーク５００及びエリアセンサ３５０）を用いて、被検光学系である投影光学系３３０の瞳全域の収差情報（波面収差）を高精度に測定することができる。

また、投影光学系３３０は、図示しない補正光学系を有しており、測定された波面収差を投影光学系３３０にフィードバックすることにより投影光学系３３０の収差補正が可能である。具体的には、補正光学系は、図示しない複数の光学素子が光軸方向及び／又は光軸に直交する方向へ移動可能になっており、本実施形態により得られる収差情報に基づいて、一又は複数の光学素子を駆動する。これにより、投影光学系３３０の波面収差を補正したり、最適化したりすることができる。投影光学系３３０の収差を調整する手段は、可動レンズ以外に、可動ミラー（カタディオプトリック系やミラー系の場合）、傾動できる平行平面板、圧力制御可能な空間、アクチュエータによる面補正など様々な公知の系を適用することができる。

なお、像面側測定マーク５００は、図１１に示す像面側測定マーク７００に置換してもよい。図１１に示す像面側測定マーク７００は、像面側測定マーク５００と比較して、測定用パターンの配置が異なる。ここで、図１１は、像面側測定マーク７００を示す概略平面図である。

像面側測定マーク７００の測定用パターン７００Ｅ及び７００Ｆは、像面側測定マーク５００の４つの測定用パターン（即ち、４方向の測定方向）が一体構成となっている。換言すれば、測定用パターン７００Ｅ及び７００Ｆは、像面側測定マーク５００の測定用パターン５１０Ａ乃至５１０Ｄが有するスリット（窓部）を共有させた構成となっている。

像面側測定マーク７００は、各測定方向が近接した配置の測定パターン群となる。従って、像面側測定マーク７００は、スリット（測定用パターン）が共有されていない像面側測定マーク（例えば、像面側測定マーク５００）を使用した場合と比較して、ウェハステージ３４０の移動距離を短くすることができる。これにより、像面側測定マーク７００は、ウェハステージ３４０の移動に起因するＺ位置誤差を低減することができる。

露光において、図示しない光源部から発せられた光束は、図示しない照明光学系によってレチクルＲＴを、例えば、ケーラー照明する。レチクルＲＴを通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系３３０により被処理体ＷＦ上に結像される。露光装置３００が使用する投影光学系３３０は、上述したように波面収差が最適に補正されており、紫外光、遠紫外光及び真空紫外光を高い透過率で透過し、優れた結像能力を達成する。従って、露光装置３００は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。また、投影光学系３３０の波面収差においても、簡易な構成の干渉計を用いているため、装置の大型化及び高コスト化を防止することができる。

次に、図１２及び図１３を参照して、上述の露光装置３００を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１２は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図１３は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、上述の露光装置３００によってレチクルの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置３００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本実施形態では、露光装置に搭載された投影光学系を被検光学系としているが、被検光学系は露光装置の投影光学系に限定されるものではなく、それ以外の結像関係を有する光学系であってもよい。

図１は、ＬＤＩによる波面測定の原理を説明するための図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、図１に示す物体面側測定マーク及び像面側マークを示す概略平面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図２（ａ）に示す物体面側測定マーク及び図２（ｂ）に示す像面側測定マークのスリットに直交する方向にスリットを有する物体面側測定マーク及び像面側測定マークを示す概略平面図である。 ２つの一次波面から被検光学系での波面情報を算出する方法を説明するための図であって、図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、それぞれ第１の一次波面、第２の一次波面、被検光学系の波面を示している。 ２方向にスリットを配置した（即ち、測定方向が２方向である）像面側測定マークを示す概略平面図である。 ３方向にスリットを配置した（即ち、測定方向が３方向である）像面側測定マークを示す概略平面図である。 測定方向が角度θだけ異なる２つの一次波面から被検光学系の波面情報を算出する方法を説明するための図であって、図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、それぞれ第１の一次波面、第２の一次波面、被検光学系の波面を示している。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 図８に示すレチクルステージに設けられた物体面側測定マークを示す概略平面図である。 図８に示すウェハステージに設けられた像面側測定マークを示す概略平面図である。 図１０に示す像面側測定マークと置換可能な像面側測定マークを示す概略平面図である。 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。 図１２に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１０ 照明光学系
２０ 投影光学系（被検光学系）
３０ エリアセンサ
８０ 像面側測定マーク
８０Ａ乃至８０Ｃ スリット
３００ 露光装置
３１０ 照明装置
３３０ 投影光学系（被検光学系）
３５０ エリアセンサ
４００ 物体面側測定マーク
４１０Ａ 第１の測定用パターン
４１２Ａ及び４１２Ｂ スリット
４１０Ｂ 第２の測定用パターン
４１０Ｃ 第３の測定用パターン
４１０Ｄ 第４の測定用パターン
５００ 像面側測定マーク
５１０Ａ 第１の測定パターン
５１２Ａ及び５１２Ｂ スリット
５１０Ｂ 第２の測定用パターン
５１０Ｃ 第３の測定用パターン
５１０Ｄ 第４の測定用パターン
７００ 像面側測定用マーク
７００Ｅ及び７００Ｆ 測定用パターン
ＲＴ レチクル
ＷＦ 被処理体

Claims (10)

1. 被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットからの光の干渉縞を用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、
   前記干渉縞から前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットの長手方向に垂直な方向の相対関係が等しい前記被検光学系の一次波面を取得するステップと、
   前記取得ステップで取得した前記被検光学系の一次波面に基づいて、前記被検光学系の波面収差を算出するステップとを有し、
   前記取得ステップは、測定方向の異なる３つ以上の前記被検光学系の一次波面を取得することを特徴とする測定方法。
2. 前記測定方向は、４つの測定方向を含み、
   前記４つの測定方向のうち１方向を０°としたとき、他の３つの測定方向は、４５°、９０°、１３５°であることを特徴とする請求項１記載の測定方法。
3. 前記取得ステップは、
   第１の測定方向の前記被検光学系の第１の一次波面を取得するステップと、
   前記第１の測定方向に直交する第２の測定方向の前記被検光学系の第２の一次波面を取得するステップと、
   前記第１の測定方向を４５°回転させた第３の測定方向の前記被検光学系の第３の一次波面を取得するステップと、
   前記第３の測定方向に直交する第４の測定方向の前記被検光学系の第４の一次波面を取得するステップとを有し、
   前記算出ステップは、
   前記第１の一次波面及び前記第２の一次波面に基づいて、前記被検光学系の波面のｓｉｎ２θ成分を算出するステップと、
   前記第３の一次波面及び前記第４の一次波面に基づいて、前記被検光学系の波面のｃｏｓ２θ成分を算出するステップとを有することを特徴とする請求項１記載の測定方法。
4. 被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、
   前記被検光学系の物体面側に配置され、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを有する物体面側測定マークと、
   前記被検光学系の像面側に配置され、前記物体面側スリットと同一方向に形成され、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリットと、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットとを有する像面側測定マークと、
   前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットからの透過光又は反射光によって形成される干渉縞を検出する検出手段とを有し、
   前記物体面側スリット、前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットは、測定方向の異なる３つ以上の前記被検光学系の一次波面を検出できるように形成されることを特徴とする測定装置。
5. 前記物体面側スリットは、長手方向がそれぞれ異なるように、３つ以上形成されており、
   前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットは、３つ以上の前記物体面側スリットの長手方向と同一方向に、３つ以上形成されていることを特徴とする請求項４記載の測定装置。
6. 前記物体面側スリットは、長手方向が異なるように、４つ形成されており、
   前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットは、４つの前記物体面側スリットの長手方向と同一方向に、４つ形成されており、
   ４つの前記物体面側スリットの長手方向のうち１方向を０°としたとき、他の３つの前記物体面側スリットの長手方向が、４５°、９０°、１３５°であることを特徴とする請求項４記載の測定装置。
7. 被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、
   前記被検光学系の物体面側に配置され、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを有する物体面側測定マークと、
   前記被検光学系の像面側に配置され、前記物体面側スリットと同一方向に形成され、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリットと、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットとを有する像面側測定マークと、
   前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットからの透過光又は反射光によって形成される干渉縞を検出する検出手段とを有し、
   前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットは、第１の測定方向の前記被検光学系の一次波面を取得する第１のスリットと、前記第１の測定方向とは異なる第２の測定方向の前記被検光学系の一次波面を取得する第２のスリットとが一体的に構成されていることを特徴とする測定装置。
8. 光源からの光を用いてレチクルに形成されたパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
   前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系と、
   前記光を利用して前記投影光学系の波面収差を測定する測定装置とを有し、
   前記測定装置は、請求項４乃至７のうちいずれか一項記載の測定装置であることを特徴とする露光装置。
9. 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の測定方法を利用して投影光学系の波面収差を測定するステップと、
   前記測定ステップで測定された前記投影光学系の波面収差に基づいて、前記投影光学系を調整するステップと、
   前記調整ステップで調整された前記投影光学系を有する露光装置を使用して被処理体を露光するステップとを有することを特徴とする露光方法。
10. 請求項８記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
    露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。